DE2002348C3 - Blade ring for an axial flow turbine - Google Patents

Blade ring for an axial flow turbine

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Description

tig leicht konkaven Endabschnitt der benachbarten _ .tig slightly concave end portion of the adjacent _.

Schaufel überlappend angeordnet ist und so eine diver- <>5 den Enden ein allmählicher Übergang ausgebildet ist. gierende Düse bildet. Alle darin beschriebenen Schau- Jedes Schaufelprofil ist zum Zwecke der Erläuterung fein haben jedoch den Nachteil, daß die Schaufelquer- in einen Nasenteil 3, der etwa über ein Viertel der Prof ilschnitte an den Vorderkanten wesentlich größer sind als , tiefen reicht, einen Mittelteil 4, der etwa über die HälfteBlade is arranged overlapping and so a diver- <> 5 the ends a gradual transition is formed. yawing nozzle forms. All of the look and feel described therein. Each blade profile is for illustrative purposes only However, fine have the disadvantage that the blade cross section in a nose part 3, which is about a quarter of the profile sections at the front edges are much larger than, deep enough, a middle part 4, which is about half

der Profiltiefe geht und in einen Endteil 5 aufgeteilt, der sich über das restliche Viertel der Profiltiefe erstreckt. Der Nasenteil 3 der einen Schaufel 2 überlappt die benachbarte Schaufel 1 an deren Endteil 5. Die Schaufeln bewegen sich in einer Richtung, die in der Zeichnung -> durch den Pfeil dargestellt ist. Die obere Seite 6 ist die Druckseite der Schaufel, während die untere Seite 7 die Saugseite ist.the tread depth and divided into an end part 5, which extends over the remaining quarter of the tread depth. The nose part 3 of the one blade 2 overlaps the adjacent blade 1 at its end part 5. The blades move in a direction shown in the drawing -> by the arrow. The top 6 is the Pressure side of the blade, while the lower side 7 is the suction side.

In dem Nasenteil 3 ist die Stelle der größten Schaufeldicke mit »d« bezeichnet, die im Abstand »/« von der m Vorderkante 8 angeordnet ist. Der Umriß des Schaufelprofils sowohl auf der Druck- als auch auf der Saugseite über dem Abstand »/« ist quasi elliptisch und besitzt ein Verhältnis Vd, das der folgenden Bedingung genügt:In the nose part 3, the point of the greatest blade thickness is denoted by “d” , which is arranged at a distance “/” from the m front edge 8. The outline of the blade profile both on the pressure side and on the suction side over the distance "/" is quasi elliptical and has a ratio Vd that satisfies the following condition:

z, 1,8. z, 1.8.

Von dem Punkt der größten Dicke d verengt sich die Schaufel zum Hals 11 am Anfang des mittleren Teils 4 der Schaufel. Die Saugseite ist in diesem sich verengenden Querschnitt leicht konkav gewölbt, wie es bei 12 angedeutet ist.From the point of greatest thickness d , the scoop narrows towards the neck 11 at the beginning of the central part 4 of the scoop. The suction side is slightly concave in this narrowing cross section, as indicated at 12.

Der Mittelteil 4 der Schaufel ist sowohl auf der Druck- als auch auf der Saugseite nahezu flach ausgebildet. Die flachen Druck-und Saugseiten divergieren von dem relativ engen Hals 11 am Anfang des mittleren Teiles 4 bis zu einem relativ dicken »Halsteil.«, der an seiner dicksten Stelle mit »f« bezeichnet ist. Der Halsteil f befindet sich etwa bei dreiviertel der Profiltiefe entlang der Schaufel und ist deshalb so bezeichnet, jo weil er dem dicksten Nasenteil d einer benachbarten Schaufel gegenüberliegt, um mit ihm zwischen den Schaufeln 1 und 2 einen Düsenhals einer konvergent-divergenten Düse zu bilden.The middle part 4 of the blade is almost flat on both the pressure side and the suction side. The flat pressure and suction sides diverge from the relatively narrow neck 11 at the beginning of the middle part 4 to a relatively thick "neck part", which is designated with "f" at its thickest point. The neck part f is located about three quarters of the profile depth along the blade and is therefore designated as such because it is opposite the thickest nose part d of an adjacent blade in order to form a nozzle neck of a convergent-divergent nozzle with it between the blades 1 and 2.

In einigen Fällen kann die Dicke d des Nasenteils 3 geringfügig größer als ί sein, und in anderen Fällen kann die Halsdicke f geringfügig größer als d sein. In jedem Fall jedoch sind die beiden Größen angenä hert gleich. In some cases, the thickness d of the nose part 3 can be slightly larger than ί, and in other cases the neck thickness f can be slightly larger than d . In each case, however, the two sizes are approximately the same.

Der Endteil 5 des Schaufelprofils besitzt eine relativ flache Saugseite, die eine Fortsetzung der davor angeordneten flachen Saugseite über dem Mittelteil der Schaufel darstellt. Auf der Druckseite ist die Kurvenform der Schaufel nach dem Durchlaufen des Halsteils t umgekehrt und wölbt sich leicht in Riehtung der Hinterkante 9, so daß sich eine leicht konkave Oberfläche auf der Druckseite ergibt. The end part 5 of the blade profile has a rela tively flat suction side, which is a continuation of the flat suction side arranged in front of the central part of the blade. On the pressure side, the curve shape of the blade is reversed after passing through the neck part t and curves slightly in the direction of the rear edge 9, so that a slightly concave surface results on the pressure side.

Die Arbeitsweise des beschriebenen Ausführungsbeispiels der Erfindung ist nun folgendermaßen. Der dickste Nasenteil d der Schaufel 2 liegt dem dicksten v) Halsteil t der Schaufel 1 gegenüber, und diese beiden Teile bilden zusammen ,eine konvergent-divergente Düse für transsonische Strömungsbedingungen in der zwischen gestrichelten Linien angedeuteten Zone I. Neben der Zone I befindet sich die Zone II für eine Überschallströmung und Zone III für eine ÜberT schallströmung mit nahezu konstanter Geschwindigkeit. Der Krümmungsradius der konkaven Saugseite 12 der Schaufel 2 und der Krümmungsradius der konkaven Druckseite 10 der Schaufell sind beide be- rechnet, und zwar vorzugsweise nach dem bekannten Kennlinienverfahren, um optimale Strömungsbedingungen zu erreichen. The operation of the described embodiment of the invention is now as follows. The thickest nose part d of the vane 2 is opposite the thickest v) neck part t of the vane 1, and these two parts together form a convergent-divergent nozzle for transonic flow conditions in zone I indicated by dashed lines zone II for a supersonic flow and zone III for T About supersonic flow a nearly constant rate. The radius of curvature of the concave suction side 12 of the vane 2 and the radius of curvature of the concave pressure side 10 of the vane are both calculated, preferably using the known characteristic curve method in order to achieve optimal flow conditions.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (1)

Patentanspruch:Claim: Laufschaufelkranz für eine Axialströmungsturbine mit unter transsonischen Bedingungen umlaufenden Schaufeln, die einen keulenförmigen Nasenteil, einen Mittelteil und einen Endteil aufweisen, die sich jeweils über etwa das erste Viertel, die mittlere Hälfte bzw. das letzte Viertel der Schaufelsehne erstrecken, wobei der Mittelteil eine im wesentlichen ebene Druckseite aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelteil (4) auch eine im wesentlichen ebene Saugseite (7) aufweist und seine Dicke über der Länge zunimmt auf eine maximale Dicke (/) zwischen dem Mittelteil (4) und dem Endteil ' (5). die im wesentlichen gleich der maximalen Dicke (d) des Nasenteils (3) ist, der Endteil (5) auf seiner Saugseite in Fortsetzung der Saugseite des Mittelteils (4).eben ausgebildet und auf seiner Druckseite von der maximalen Dicke (Halsteil i) des Mittelteils (4) zur Hinterkante (9) der Schaufel leicht konkav geformt ist, und der Nasenteil (3) dereineaSchaufcl (2) den Endteil (5) der benachbarten Schaufel (1) vollständig überlappt.Blade ring for an axial flow turbine with blades rotating under transonic conditions, which have a lobe-shaped nose part, a middle part and an end part which each extend over approximately the first quarter, the middle half and the last quarter of the blade chord, the middle part being a substantially has flat pressure side, characterized in that the middle part (4) also has an essentially flat suction side (7) and its thickness increases over the length to a maximum thickness (/) between the middle part (4) and the end part (5) . which is essentially equal to the maximum thickness (d) of the nose part (3), the end part (5) on its suction side in continuation of the suction side of the middle part (4) .eben formed and on its pressure side of the maximum thickness (neck part i) of the The middle part (4) is slightly concave towards the rear edge (9) of the blade, and the nose part (3) of one blade (2) completely overlaps the end part (5) of the adjacent blade (1). iook Die Erfindung bezieht sich auf einen Laufschaufelkranz, wie er im Oberbegriff des Patentanspruches angegeben ist. Ein derartiger Laufschaufelkranz ist in der CH-PS 427 851 beschrieben.The invention relates to a rotor blade ring as described in the preamble of the patent claim is specified. Such a rotor blade ring is described in CH-PS 427 851. Bei großen Dampfturbinen können die Strömungsgeschwindigkeiten an den Laufschaufelspitzen insbesondere der letzten Turbinenstufe die Schallge^ schwindigkeit übersteigen. Derartige Schaufeln werden als transsonische Schaufeln bezeichnet, da der Dampf mit einer Geschwindigkeit, die kleiner als die Schallgeschwindigkeit ist, eintritt und mit Überschallgeschwindigkeit austritt. In the case of large steam turbines, the flow velocities at the rotor blade tips can in particular of the last turbine stage exceed the speed of sound. Such blades are referred to as transonic shovels, since the Steam enters at a speed less than the speed of sound and exits at supersonic speed. Der Übergang vom Unter- zum Überschallbereich ohne Wirkungsgradverluste stellt ein schwieriges aerodynamisches Kanstruktionsproblem dar. Jene Überlegungen, die eine theoretisch optimale Strömungsbedingung ergeben, lassen sich bei einer praktischen Schaufel oftmals nicht verwirklichen, weil die Schaufelabschnitte nahe der äußeren Schaufelspitzen sehr dünn sind. Es wurden bereits Anstrengungen unternommen, um gute Überschallprofile zu erreichen, indem auf der Druckseite eine ebene oder leicht konvex gewölbte und auf der Saugseite eine konkav gewölbte Schaufelfläche vorgesehen wurde, wie es in der eingangs genannten CH-PS 4 27 851 beschrieben ist. Diese bekannten Schaufelprofile enden in einer relativ; dicken Hinterkante, die einer stumpfen Vorderkante der benachbarten Schaufel gegenüberliegt.The transition from the subsonic to the supersonic range without loss of efficiency is a difficult one aerodynamic Kanstruktionsproblem. Those considerations which a theoretically optimal flow condition result, can often not be achieved with a practical shovel because the Blade sections near the outer blade tips are very thin. Efforts have already been made to achieve good supersonic profiles by adding a flat or slightly convex curve on the pressure side and a concavely curved blade surface was provided on the suction side, as in FIG mentioned CH-PS 4 27 851 is described. These known blade profiles end in a relatively; thick Trailing edge opposite a blunt leading edge of the adjacent blade. Weiterhin sind in dem Aufsatz »Supersonic Turbines« von Gunnar O. Ohlsson im journal auf Engineering for Power, Januar 1964, verschiedene Überschall-Turbinendüsen beschrieben, bei denen ein Halsabschnitt einer Schaufel mit dem saugseitig ebenen, dagegen druckseian der Hinterkante. Dadurch entstehen einerseits Schwierigkeiten bei dei Fertigung, und andererseits sind die Festigkeiten über dem Schaufelquerschnitt stark unterschiedlich. ;· ■. ,Furthermore, in the article "Supersonic Turbines" by Gunnar O. Ohlsson in the journal on Engineering for Power, January 1964, describes various supersonic turbine nozzles in which a throat portion has a Blade with the suction side flat, on the other hand pressure side the trailing edge. This creates on the one hand Difficulties in manufacturing, and on the other hand, the strengths are above the blade cross-section strongly different. ; · ■. , In einer Veröffentlichung von F. Rigaut in C. R. Acad. Sc. Paris, t. 264 (22. Mai 1967), Seite 894 — Serie A, ist ein Verfahren zum Berechnen von Überschall-Schaufelsätzen auf der Basis des Gesetzes der Verteilung von Geschwindigkeiten beschrieben/Dies erfolgt anhand einer Skizze von Schaufelprofilen, die anschließend an ein abgerundetes Nasenlei! ein Mittelteil aufweisen, welches im wesentlichen parallele, ebene Druck- und Saugseilen umfaßt und etvya bis zur Profilsehnenhälfte hin verläuft. Ein anschließendes Endteil ist auf seiner Saugseite gekrümmt und auf seiner Druckseite in der ersten Hälfte konvex und in seiner zweiten Hälfte konkav geformt. Damit ist bekannt, von einem genügend dicken Bereich der Schaufel aus deren Endteil so auszubilden, daß dessen Saugseite in Fortsetzung der Saugseite des Mittelteils nahezu eben ist und dessen Druckseite zumindest teilweise konkav ist. Somit entsteht zumindest im Ansatz eine konvergent-divergente Düse.In a publication by F. Rigaut in C. R. Acad. Sc. Paris, t. 264 (May 22, 1967), p. 894 - Series A, is a method for computing supersonic blade sets described on the basis of the law of the distribution of speeds / This is done using a sketch of blade profiles, which is then attached to a rounded nostrils! have a central part, which is substantially parallel, flat pressure and suction ropes embraces and etvya runs up to the profile chord half. A subsequent end part is on its suction side curved and convex on its pressure side in the first half and concave in its second half. It is thus known to design the end part of a sufficiently thick area of the blade in such a way that that its suction side is almost flat in continuation of the suction side of the central part and its pressure side at least is partially concave. This creates a convergent-divergent nozzle, at least initially. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen unter- transsonischen Be-.?5 dingungeh umlaufenden Laufschaufelkranz, für eine ;· Axialströmungsturbine so auszugestalten, daß jede Schaufel in ihrem Spitzenbereich einen weitgehend gleichförmigen Querschnitt aufweist und trotzdem eine Düse gebildet wird, bei der das Auftreten von JU Stoßwellen vermieden ist.The object on which the invention is based is to create a sub-transonic loading conditional rotating blade ring, for one; · To design axial flow turbine so that each blade in its tip area largely has a uniform cross-section and nevertheless a nozzle is formed in which the occurrence of JU shock waves is avoided. Diese Aufgabe wird bei einem Laufschaufelkranz erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruches genannten Merkmale gelöst.In the case of a rotor blade ring, this object is achieved according to the invention by the features in the characterizing part of the patent claim mentioned features solved. Die mit der Erfindung erzielbären Vorteile bestehen insbesondere darin, daß plötzliche Druckänderungen oder Stoßwellen vermieden werden.The advantages achieved by the invention are in particular that sudden changes in pressure or shock waves can be avoided. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß symmetrische Schaufeln größerer Festigkeit erhalten werden. Dabei ist es auch möglich, auf den Vorderkanten der äußeren Spitzen zum Schutz gegen Verschleiß gegenügend Material vorzusehen. Durch Verwendung flacher Profile über fast die halbe Druckseite und etwa dreiviertel der Saugseite werden Vereinfachungen bei der Formgebung der Schaufel ermöglicht.Another advantage is that symmetrical blades of greater strength are obtained. It is also possible to counter sufficient on the front edges of the outer tips to protect against wear Material to be provided. By using flat profiles over almost half the print side and about three quarters of the suction side, simplifications in the shaping of the blade are made possible. Ein gut gesteuerter Übergang von einer transsonischen oder schallnahen Strömung zu einer Überschallströmung in einem verengten Bereich zwischen sich überlappenden Schaufeln derart, daß die statischen Drücke entlang der Saug- und Druckseite des Endteils allmählich zum stromabwärtigen statischen Druck konvergieren, tragen wesentlich bei zur Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades gegenüber bekannten Konstruktionen.A well-controlled transition from a transonic or near-sonic flow to a supersonic flow in a narrowed area between overlapping blades in such a way that the static pressures along the suction and pressure side of the End part gradually converge to the downstream static pressure, contribute significantly to the improvement of the overall efficiency compared to known Constructions. Die Erfindung wird anhand der Zeichnung eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Figur stellt eine Abwicklung zweier benachbarter Schaufeln im Querschnitt dar, der durch die äußeren Schaufelspitzen gelegt ist, wobei der Blick radial nach innen gerichtet ist. \The invention is explained in more detail with reference to the drawing of an exemplary embodiment. The figure shows a development of two adjacent blades in cross section, which is laid through the outer blade tips, the view radially inward is directed. \ Die Figur zeigt einen Querschnitt der Spitzenabschriitte von zwei benachbarten Schaufeln 1 und 2. Die Formgebung und Orientierung in der Nähe der radial inneren Enden dieser gleichen Schaufeln kann bekanntlich ganz anders aussehen, wobei zwischenThe figure shows a cross section of the tip portions of two adjacent blades 1 and 2. The shape and orientation in the vicinity of the radially inner ends of these same blades can be known to look quite different, with between 1515th 4040 4545 5050
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